基于GRAPES模式佛山市臭氧污染气象指数的构建和预报

选取2017—2018年佛山市空气质量监测资料、地面气象观测资料和ECMWF再分析资料,得到对臭氧污染天气具有指示意义的气象因子,从GRAPES模式可预报性出发构建适用于佛山市干季和湿季的臭氧污染气象指数（OWI）,并对OWI进行预报评估检验.结果表明：干季地面气象要素对区分佛山市臭氧污染和清洁天气的能力更强,出现臭氧污染时往往气温高、地面为弱北风;850 hPa风速较小,高空主要受副热带高压影响.湿季高空气象要素区分臭氧污染和清洁天气的能力更强,出现臭氧污染时往往850 hPa风速较小,850 hPa与地面风场垂直切变较小,多数情况下500 hPa呈辐散形势或700 hPa为下沉运动.综合考虑上述要素构建的臭氧污染气象指数可较好地反映臭氧浓度变化趋势,当OWI超过阈值（干季12.0、湿季10.8）时,出现臭氧污染事件的可能性较大,在湿季该指数区分臭氧清洁天气和污染天气的差异性较干季更显著.基于GRAPES模式预报的OWI与臭氧浓度实况呈正相关关系,相关系数在0.5～0.6之间,能较为有效地预判臭氧污染过程发生、发展和消散的不同阶段;其阈值具有较高的预报参考性,24 h预报性能尤为理想...     

重庆市夏季臭氧污染特征及传输分析

2015年8月27日-9月2日重庆市经历了一次臭氧污染天气,通过分析发现,3个在线站污染时段臭氧平均浓度是清洁时段的1倍左右,浓度峰值有明显升高且日变化更加明显.通过分析3个在线站NO2、O3和总氧化剂Ox的浓度发现,南泉站与超级站的臭氧可能是局地化学过程生成与区域传输的共同作用,而缙云山站的臭氧则主要来自区域传输.利用观测值与基于观测的模型结果来分析,发现清晨时重庆市上空边界层以上残留的臭氧向下传输,导致07:00-09:00重庆近地面臭氧浓度的小幅度上升,同时由于近地面风速风向的变化,会导致各站臭氧的输入输出关系发生变化,且该次污染过程中3个在线站之间存在臭氧传输的现象.     

武汉市夏季大气挥发性有机物实时组成及来源

利用在线监测仪器获取了武汉市2019年6～7月环境大气中102种挥发性有机物（VOCs）小时浓度数据.观测期间ρ（VOCs）范围为24.9～254μg·m^-3,平均值为（67.7±32.2）μg·m^-3.依据臭氧浓度标准,将观测期间划分为清洁日和污染日,对比分析清洁日和污染日气象条件、 VOCs浓度、组成、臭氧生成潜势和来源差异.污染日NO_x、 CO和VOCs的平均值分别超出清洁日34.9%、 25.0%和27.8%.污染日烷烃、烯烃、芳香烃和含氧VOCs分别比清洁日高40.7%、 39.5%、 26.9%和21.5%.污染日总臭氧生成潜势为（102±69.6）μg·m^-3,超出清洁天33.5%.污染日液化石油气燃烧、工业排放、机动车排放、天然源和溶剂使用的平均贡献率分别比清洁日低3.4%、 2.5%、 0.2%、 1.3%和1.4%,油气挥发源平均贡献率比清洁日高8.8%.机动车排放源和油气挥发源的日变化均呈现早晚高、午后低的特征,与早晚高峰排放有关;LPG燃烧的日变化与餐饮油烟排放变化一致.浓度...     

臭氧对膜法水处理中膜污染的影响

膜过滤是一种高效水处理技术,包括污水处理中的膜-生物反应器（membrane bioreactor,MBR）和针对二级生物处理出水（生产再生水）、地表水（生产饮用水）的膜过滤工艺等,其中膜污染是制约膜工艺应用的一个主要问题.臭氧具有强氧化性,在水处理上得到了广泛的应用.近十几年来,针对臭氧-膜过滤组合工艺的研究正变得越来越多,因此本文对这些研究进行了系统综述与分析.在MBR组合臭氧控制膜污染方面的研究中,目前结论相对较少.可以通过对MBR进水预臭氧化或者投加适量臭氧到MBR混合液这2种方式来减轻MBR膜污染.在针对微污染水的臭氧-膜过滤组合工艺中,根据臭氧的功能和结构形式主要分为3种,分别是污染膜臭氧清洗、分离式臭氧-膜工艺和一体式臭氧-膜工艺.绝大部分报道认为臭氧可以有效地控制膜污染的发展,但也有少数投加臭氧后膜污染加剧的情况.目前,臭氧化影响膜污染机制的研究主要集中在有机物方面,根据原水水质和工艺结构参数等的不同,颗粒物、微生物和无机物质也在这个过程中起着相应的作用.另外,在迄今为止的研究中,还缺乏对于臭氧投加方式和分散方式的统一衡量和比较标准.作者建议应该加强对一体式臭氧-膜组合工艺的研究,并且要注意臭氧投加的工艺经济性.     

臭氧预氧化对饮用水处理作用的实验研究

目前,饮用水污染严重,常规工艺处理出现了水质不能达标的现象.本文主要研究在常规工艺增加预臭氧-活性炭过滤工艺,对不同的预臭氧投加量进行实验.结果表明:预臭氧投加量,对工艺各单元的处理效果有一定关系,随着投加量的增加,各单元对浊度、CODMn、UV254的去除呈现增大后趋于平缓甚至下降的趋势,而最佳臭氧的投加量为0.65 mg/L.为实际预臭氧-活性炭过滤工艺的运行提供指导.     

臭氧预氧化对饮用水处理作用的实验研究

目前,饮用水污染严重,常规工艺处理出现了水质不能达标的现象.本文主要研究在常规工艺增加预臭氧-活性炭过滤工艺,对不同的预臭氧投加量进行实验.结果表明:预臭氧投加量,对工艺各单元的处理效果有一定关系,随着投加量的增加,各单元对浊度、CODMn、UV254的去除呈现增大后趋于平缓甚至下降的趋势,而最佳臭氧的投加量为0.65 mg/L.为实际预臭氧-活性炭过滤工艺的运行提供指导.     

杭州市夏季臭氧污染特征及一次污染过程分析

文章利用2016-2021年杭州市环境空气质量国控监测站点及杭州光化学网站点监测数据,分析杭州夏季臭氧浓度变化特征,并结合气象资料分析一次臭氧典型污染过程。研究表明,杭州市夏季臭氧污染严重,6月超标天数要高于7月和8月,夏季臭氧浓度日变化呈现“单峰型”,8月平均臭氧日变化的峰值要略高于6月和7月。2021年6月5-9日杭州市出现的一次中度污染的臭氧污染过程,主要是在不利气象条件以及较高浓度前体物影响下的本地生成,而6月7日在本地生成之外,还受到东北方向城市区域的污染传输影响。     

唐孝炎：奥运运动员的“天敌”——臭氧和细颗粒物

我国目前已经到了一个城市区域性污染呈现的阶段,当区域性污染呈现之后,臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)的问题必然要提上议事日程.     

海风环流对上海一次臭氧污染过程影响的数值模拟研究

本文针对上海2017年夏季的一次臭氧污染过程,利用WRF-Chem模式模拟了海风环流在臭氧输送、聚集和消散过程中所起的作用.结果表明,白天的海风在沿海区域对500 m高度以下的近地面大气起到清洁作用,但海风环流上支离岸气流也会将海风辐合带的高浓度臭氧输送回到近海的边界层中上部,同时,海风环流和热岛环流的加强效应有助于臭氧前体物（VOC和NO₂）在辐合带和近海边界层中上部的聚集,从而加快生成臭氧的光化学反应,进一步地加剧臭氧高值区的臭氧污染.在此基础上设计的敏感性实验分析了城市化和海温的贡献.结果发现,城市化会加重上海地区边界层上部的臭氧污染,白天城市热岛环流对海风环流存在正向叠加作用,增强近地面的向岸风;而海温升高会削弱海风,对臭氧的分布产生很大的影响,进一步证明海风环流在臭氧分布的变化中起到了重要的作用.     

气象因素对香港地区臭氧污染的影响

基于2000~2015年香港地区的臭氧监测数据和气象数据,分析了香港的臭氧污染特征及气象因素对臭氧污染的影响.结果表明:(1)香港地区臭氧浓度呈现明显的季节变化特征,其中秋季春季冬季夏季,臭氧超标日集中在夏季和秋季,超标日发生在冬季和春季的情形极少.(2)2000~2015年香港臭氧日最大8h平均浓度(MDA8)年均浓度呈增长趋势,平均增长速率为0.77μg·(m3·a)-1,臭氧MDA8第90百分位数浓度同样呈增长趋势,增长速率为1.49μg·(m3·a)-1.(3)较高的气温是香港地区臭氧污染发生的必要条件,气温越高越容易导致更高浓度的臭氧污染.(4)绝大多数情况下,臭氧浓度与相对湿度间呈负相关关系,相对湿度越高,香港地区的臭氧MDA8平均浓度及第90百分位数浓度均会降低.(5)当香港发生臭氧污染时,盛行风往往从偏北风或偏东风转为偏西风.随着风速的增大,臭氧平均浓度变化不大,但是臭氧第90百分位数浓度会明显降低.(6)降水和云量是影响臭氧浓度的重要因素,连续多日的无雨或少雨天气是臭氧污染事件发生的必要条件,而随着云量的增加,臭氧平均浓度和第90百分位数浓度会持续降低.(7)在太阳总辐射量≤20 MJ·m-2或日照时长≤10 h的情况下,臭氧浓度与太阳辐射及日照时长呈正相关关系.然而,在太阳辐射强烈的情况下(太阳总辐射量 20 MJ·m-2或日照时长 10 h),随着太阳辐射增强或日照时长的增加地面臭氧浓度反而降低,这是因为太阳辐射强烈的情况常出现在雨后天晴的背景下,并盛行来自海洋的偏南风,使得臭氧污染不易形成.(8)香港臭氧超标日的出现往往伴随着一系列气象条件的共同改变,包括晴天少雨、辐射增强、边界层高度增加、相对湿度降低、风速变小以及气温升高等气象特征,污染结束则伴随着相反的气象变化.     

区域输送对天津臭氧污染的影响

采用大气化学模式定量估算2019年4月~9月区域输送对京津冀区域,特别是天津市O₃浓度的影响,分析天气形势和气象条件与区域输送的关系。结果显示,京津冀区域13个城市O₃以区域输送贡献为主,不同城市O₃差异较大,天津本地贡献占比24%,区域输送以京津冀区域其他城市和山东为主,共贡献48.3%。低压、低压前和低压后形势下,O₃区域输送占比最高。途径天津偏南区域的气流是造成天津高浓度O₃污染的重要因素,也是区域输送的主要路径。随着O₃浓度升高,输送贡献占比呈逐步上升趋势,重度污染时本地生成与区域输送贡献相当。一次典型O₃污染过程分析表明,高温强辐射天气和有利的天气形势促进O₃本地生成,西南气流和弱下沉气流下的区域输送共同维系了这场持续3d的连续污染过程。     

山西省城市地区近年来环境空气臭氧污染特征及来源解析

基于山西省2018—2020年国控点位O₃监测数据分析了全省O₃污染特征,分别以晋城市和太原市为典型城市,分析了温度、相对湿度和风向风速等气象因子以及前体物(NO_x和VOCs)对O₃的影响,并采用CAMx模式开展2020年6—8月山西省O₃区域和行业来源解析. 结果表明:① 山西省O₃超标天数中以O₃轻度污染为主,且中度及以上污染呈增加趋势,O₃污染集中出现在5—9月,且呈现较强的地域性特征,O₃浓度日变化呈单峰型特征. ② ρ(O_{3-1 h})(臭氧1 h平均浓度)与气温、风速均呈正相关,与相对湿度呈负相关,高温、低湿有利于O₃的生成. 风速与ρ(O_{3-1 h})呈分段式线性关系,ρ(O_{3-1 h})随着风速增大而升高,当风速大于某一阈值时,ρ(O_{3-1 h})随风速的增加而下降. 以典型城市晋城市为例,当温度在25 ℃以上、相对湿度在30%~60%之间、风速为4~5 m/s,且风向为南风和东南风时更容易出现ρ(O_{3-1 h})高值. ③ 山西省2020年6—8月O₃区域来源解析表明,各城市O₃本地源贡献较弱而传输贡献影响显著(>80%). ④ 山西省2020年6—8月O₃行业来源解析表明,各市工业源类(电力源、焦化源和其他工业源)的贡献率在50%左右,柴油交通源贡献率在20%~27%之间. 研究显示,山西省O₃污染传输贡献影响显著,联防联控势在必行,电力源、焦化源和柴油交通源对O₃生成贡献较大,亟需优先加强管控.      

我国臭氧污染形势分析及成因初探

为揭示我国近地面臭氧的污染特征,甄别导致高浓度臭氧形成的关键影响因素,该文在探究我国重点区域近年来O₃污染特征的基础上,对O₃污染成因进行了初步分析.结果表明:①近年来我国O₃污染呈缓慢上升态势,2019年夏季异常高温、干旱的极端天气导致O₃污染偏重.京津冀及周边地区等重点区域O₃浓度明显高于欧美等发达国家和地区.②从时间上看,我国O₃污染主要出现在夏季及其前后,O₃浓度峰值一般出现在午后.从空间上看,O₃污染主要集中在京津冀及周边、汾渭平原和苏皖鲁豫交界地区,其次是长三角和珠三角区域,成渝和长江中游地区O₃污染也逐渐凸显.我国O₃污染程度主要以轻度污染为主,重点区域O₃和PM_2.5污染时空分异性特征明显.③前体物方面,我国NO_x和人为源VOCs的排放量总体处于高位,京津冀及周边地区和长三角为全国NO_x和VOCs排放强度较大的区域.近地表大气O₃形成机理复杂,O₃浓度与前体物VOCs和NO_x均呈复杂的非线性响应关系.气候变化和气象因素对O₃污染影响显著,O₃及其前体物在区域和城市之间存在相互输送影响.研究显示,我国臭氧污染形势严峻,未来针对臭氧污染防控应加强对多时空尺度下不同区域臭氧污染的形成机理与主导因素的研究.      

我国大气O3污染成因及影响因素综述

近年来我国O₃污染现象频发,制约着我国环境空气质量优良天数比例的提高,弄清O₃污染成因及影响因素对科学防治O₃污染具有重要意义. 本文在整理分析大量已有研究基础上,梳理关于对流层O₃污染形成机理方面的认识,将O₃污染成因按影响程度大小分为主要内在原因、关键外在因子和重要影响因素,其中,前体物排放处于高位及高反应活性前体物的化学转化是O₃污染形成的主要内在原因,环境因子及气候条件是关键外在因子,三维立体传输(平流层输入、垂直混合及水平传输)是重要影响因素. 未来我国需要从以下几个方面继续深入研究:① 加强PM_2.5与O₃复合污染成因机理和协同控制机制的科学研究;② 深化O₃污染成因与来源的科学研究及应对措施研究;③ 科学优化大气O₃评价指标;④ 持续推进O₃污染防控措施实施.      

莆田市O3污染来源解析模拟研究

福建省莆田市作为典型的海滨城市,自2015年以来以O₃为首要污染物的天数逐年增加.为了制定科学有效的减排措施,减轻莆田市的O₃污染,以2016年莆田市O₃污染高发的7—9月为研究时段,通过观测数据分析、空气质量模型敏感性分析和O₃来源追踪方法分析了莆田市近地面O₃生成控制区,以及O₃及其生成前体物NO_x与VOCs的区域和行业来源.结果表明:①莆田市西部地区为NO_x控制区,而东部沿海地区则为VOCs控制区.②莆田市ρ（NO_x）与ρ（VOCs）主要来自本地排放贡献,二者本地排放的贡献率分别为69.4%与64.2%,而本地排放对莆田市ρ（O₃）的贡献率仅为21.0%,福建省福州市和泉州市对莆田市ρ（O₃）的贡献率之和为37.6%,外来输送贡献率较大的为浙江省,其贡献率为11.6%.莆田市O₃的外来输送不仅发生在ρ（O₃）较高的时段,在ρ（O₃）较低的时段也占了很大的比例.③莆田市工业源对本地排放ρ（O₃）贡献率最大,达57%,其次是机动车源.④通过敏感性时间序列分析得出,同时削减10%的NO_x和VOCs排放,能使莆田市国控点位平均ρ（O₃）峰值下降约5 μg/m3.研究显示,莆田市NO_x与VOCs主要来自本地排放,O₃受外来输送影响较大,推进本地工业NO_x和VOCs污染的治理与加强机动车尾气的污染控制是减轻本地O₃污染的有效方法.      

基于走航观测的长江三角洲地区大气污染特征及来源追踪

为了加强对长江三角洲地区大气污染分布特征和输送规律的认识,利用移动车载设备开展了不定期的走航观测,重点研究了2016-2018年冬季灰霾污染和春季光化学污染条件下长江三角洲地区的大气污染特征.结果表明,走航观测期间长江三角洲地区PM_2.5日均浓度为60~122 μg/m³,东部的常州、无锡一带,西部的合肥、芜湖地区,北部蚌埠、滁州一带,南部湖州、杭州地区的PM_2.5浓度较高,比其他地区高出20%~40%.O₃日均浓度水平为9~52 μg/m³,苏州、盐城、宣城与湖州地区浓度相对较高.运用FLEXPART_WRF模式,结合PM_2.5排放清单,分析了走航观测期间长江三角洲地区及沿线城市PM_2.5的潜在来源.结果发现,东风条件下,南通及上海地区为PM_2.5的潜在源区,北风条件下,连云港、盐城等地区贡献较大.运用FLEXPART前向轨迹计算模块,对一次污染个例过程进行了模拟,并利用走航观测结果进行了验证,发现模拟结果与走航观测结果的相关系数达到0.9.可见,长江三角洲地区存在区域性的PM_2.5和O₃污染,走航观测结合轨迹分析是追踪污染气团输送的有效手段.     

我国重点行业氮氧化物管控现状及减排策略

氮氧化物(NO_x)减排对于我国细颗粒物(PM_2.5)与臭氧(O₃)复合污染的协同控制至关重要.本文对我国重点行业NO_x管控现状和减排策略进行了综述与展望.研究表明,我国NO_x排放主要来源于工业炉窑和柴油机尾气,其中工业烟气NO_x排放主要来源于钢铁、建材和有色等行业;柴油机NO_x排放主要来源于柴油车、非道路移动机械与船舶.NO_x减排策略主要包括技术措施和政策措施,其中技术措施主要包括清洁燃烧,如低氮燃烧、废气再循环、清洁燃料替代等,以及后处理净化技术,如选择性催化还原技术、选择性非催化还原、臭氧氧化吸收等;政策措施主要包括提升NO_x排放标准,加强排放智能监测监管,布局新能源相关技术等.研究显示：现阶段,机动车和非电行业的NO_x减排仍有较大空间;未来,在“碳达峰碳中和”背景下,通过发展大气污染物和温室气体的协同控制技术,将进一步深度减排NO_x,实现PM...     

2015—2021年四川盆地近地面O3时空演化及潜在源区分析

近地面O₃污染已经成为我国最严重的环境问题之一,特别是在地形相对闭塞的盆地区域更加突出,而盆地地形区域O₃的时空演化、潜在源区及驱动因素尚未被完全揭示.因此,以典型盆地地形区—四川盆地为研究区,基于长时间尺度(2015—2021年)的O₃浓度监测数据,采用后向轨迹、时空地理加权回归等模型探讨O₃的时空变化特征、传输路径、潜在源区以及驱动因素的空间分布特征.结果表明：(1)时间分布上,2015—2021年四川盆地O₃-8 h浓度第90百分位数为(143±7)μg/m³,夏季O₃-8 h浓度高于其他季节,O₃-8 h浓度存在明显的“周末效应”和昼夜差异.(2)空间格局上,四川盆地O₃-8 h浓度第90百分位数总体呈西高东低的分布特征,西部平原地带是核心污染区域.(3)2015—2021年影响成都市的气流轨迹中短距离输送轨迹占比为74.24%,长距离输送轨迹占比平均值为25.76%. 2015—2...     

临汾市臭氧污染变化特征、气象影响及输送源分析

结合2014~2020年临汾市臭氧逐小时质量浓度和同期气象数据、再分析数据以及潜在源贡献函数法（PSCF）对临汾市O₃污染时空变化特征、与气象因子的关系以及传输路径及潜在源分布开展研究.结果表明,临汾市近年来臭氧污染日益严重,O₃_8h_max年均质量浓度整体呈现上升趋势,2020年相对于2014年增加78.79%;月变化特征呈现“M”双峰型,季节变化峰值出现在夏季,而日变化受近地面大气光化学过程影响显著,呈较为明显的单峰单谷分布,峰值出现在14：00~16：00.O₃浓度与气温和日照时数呈显著线性正相关,当研究区相对湿度为40%~60%,气温高于20℃,风速区间为2~6m/s时易出现高浓度O₃污染.聚类分析表明临汾市O₃重污染天气期间以短距离输送气流为主,高O₃浓度除受到本地生成影响外,还受到省内临近城市及陕西省中部、河南省北部重工企业排放的大量NO_x和VOCs传输的影响.因此,针对临汾市O₃污染在严格控制本地污染源排放的前提下,必须加强汾渭平原地区的联防联控,才能有效缓解该区域大气污染的连片发生.     

新冠肺炎疫情对咸阳市空气质量的影响

利用机器学习模型控制气象因素影响,定量分析了疫情期间污染源减排对咸阳空气质量的影响.结果表明,与未发生疫情情景相比,疫情期间咸阳PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂和CO浓度分别下降19.3%、26.0%、13.4%、60.1%和9.1%,NO₂降幅最大,SO₂和CO降幅较小,O₃浓度不降反而上升50.9%.在一次排放和二次生成前体物都下降的情况下,PM_2.5降幅低于预期,O₃浓度不降反升,反映出PM_2.5和O₃治理的复杂性,暗示了剩余污染源对咸阳空气质量影响较大,而停产限产政策（与疫情影响类似）对咸阳空气质量改善有限,未来应重点关注散煤和生物质燃烧、热力生产和供应、原油加工及石油制品制造等剩余污染源的治理.